Πρωτότυπος Τίτλος:
Κβαντικοί υπολογιστές
Συγγραφέας:
Ασημάκης, Γιώργος Π.
Επιβλέπων καθηγητής:
Καμαλάκης, Θωμάς
Περίληψη:
Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται τους κβαντικούς υπολογιστές. Έχει σκοπό την παρουσίαση των πτυχών της τεχνολογίας των κβαντικών υπολογιστών ξεκινώντας από τις βασικές κβαντομηχανικές αρχές που τους διέπουν και καταλήγοντας στο συμπέρασμα της μάλλον αναγκαίας και ίσως αναπόφευκτης δημιουργίας τους στο κοντινό μέλλον. Οι κβαντικοί υπολογιστές για την ανάπτυξη και υλοποίησή τους, εφαρμόζουν τους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Η κβαντική μηχανική είναι ένα από τα σπουδαιότερα επιτεύγματα που ανάπτυξε η ανθρώπινη σκέψη τον προηγούμενο αιώνα και χρησιμοποιήθηκε σε ένα ευρύ φάσμα τεχνολογικών εφαρμογών. Τις τελευταίες όμως δεκαετίες με αφορμή την ολοένα και μεγαλύτερη ανάγκη επεξεργασίας της πληροφορίας για μεγαλύτερο όγκο μεταφοράς δεδομένων και μεγαλύτερη ταχύτητα επεξεργασίας πληροφοριών, έχουν γίνει εκτεταμένες έρευνες από μεγάλα πανεπιστήμια και ιδιωτικές εταιρείες κολοσσούς στον τομέα της πληροφορικής με αποτέλεσμα να αναδυθεί μια νέα πρωτότυπη και πολλά υποσχόμενη επιστήμη των κβαντικών υπολογιστών. Η έρευνα για τους κβαντικούς υπολογιστές βασίστηκε στην εξέλιξη της κβαντικής μηχανικής και για την ανάπτυξή της, στηρίχθηκε στις αρχές της κβαντικής θεωρίας μέσω της οποίας ερευνητικά έγιναν αξιόλογες προτάσεις για την δημιουργία υψηλών ταχυτήτων επεξεργασίας δεδομένων. Οι κβαντικοί υπολογιστές άνοιξαν ένα σημαντικό τομέα σύζευξης της φυσικής επιστήμης και των υπολογιστών. Τα Qubits, οι κβαντικοί καταχωρητές καθώς και η αξιοποίηση κβαντικών παραδόξων και αρχών όπως η κβαντική υπέρθεση και η κβαντική διεμπλοκή οδήγησε στην δημιουργία των κβαντικών υπολογισμών με την χρήση των quibits των καταχωρητών και κβαντικών πυλών.
Η χρήση λοιπόν των κβαντικών υπολογιστών προσφέρει αφ' ενός υψηλές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων και ασφαλείς επικοινωνίες με την κβαντική κρυπτογραφία, αφ' ετέρου όμως συνοδεύεται και από ανεπιθύμητα εμπόδια όπως αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κβαντικών καταχωρητών που δημιουργούν σφάλματα.
Οι κβαντικοί υπολογιστές ανοίγουν ένα νέο πεδίο εξέλιξης και εφαρμογών που έχει να κάνει με τον τρόπο και τα υλικά κατασκευής τους, ώστε να καταστούν προσφιλείς και εύκολοι στην χρήση τους για το ευρύ κοινό, όπως έγινε με την χρήση των προσωπικών κλασσικών υπολογιστών, αποφεύγοντας προβλήματα ευπερθέρμανσης και σφαλμάτων λειτουργίας κατά την διάρκεια χρήσης των κβαντικών υπολογιστών. Στον κλάδο των υπολογιστών με οδηγό την κβαντική φυσική, μελετήθηκαν και αναπτύχθηκαν κβαντικά κυκλώματα, κβαντικές πύλες, κβαντικοί υπολογισμοί, κβαντική κρυπτογραφία. Αυτό οδηγεί όλο και περισσότερους φυσικούς σε ερευνητική ενασχόληση στο αντικείμενο των κβαντικών υπολογιστών. Άλλωστε η έρευνα που γίνεται είναι ιδιαίτερα πληθωρική και το 2012 το βραβείο Νόμπελ κατέληξε στους Serge Haroche (από την Γαλλία) και David J. Wineland (από την Αμερική) οι οποίοι βρήκαν τρόπους για να μετρούν κβαντικά σωματίδια χωρίς να τα καταστρέφουν, κάτι που μέχρι τότε θεωρούταν αδύνατο. Η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία Επιστημών που απένειμε το βραβείο Νόμπελ διατύπωσε την άποψη πως με την δουλειά των βραβευθέντων μπορί να οδηγηθούμε στην ολοκληρωτική κατασευή ενώος νέου είδους υπολογιστή, εξαιρετικά γρήγορου που θα είναι βασισμένος στην κβαντική φυσική και ίσως ο κβαντικός ηλεκτρονικός υπολογιστής να αλλάξει την καθημερινή μας ζωή, τον αιώνα που διανύουμε, με τον ίδιο ριζικό τρόπο που την άλλαξε ο κλασικός ηλεκτρονικός υπολογιστής τον περασμένο αιώνα. Η διπλωματική εργασία αποτυπώνει τα σημαντικά στοιχεία που στοιχειοθετούν σήμερα την δομή των κβαντικών υπολογιστών ξεκινώντας από τις γενικές αρχές, κανόνες και το μαθηματικό πλαίσιο που αποτελούν την κβαντική θεωρία και έπειτα παρουσιάζονται οι δομές, οι τεχνολογίες, τα κυκλώματα, οι πύλες, οι υπολογισμοί, οι αλγόριθμοι και η κρυπτογραφία που έχουν αναπτυχθεί με την ερευνητική αξιοποίηση των κβαντικών υπολογιστών. Το ερώτημα που δημιουργείται είναι αν η υλοποίηση τους θα γίνει άμεσα τα επόμενα χρόνια ή θα πρέπει να περάσει μια ή περισσότερες δεκαετίες προκειμένου αυτό που έλαβε χώρα πριν λίγα χρόνια με την πώληση του πρώτου κβαντικού υπολογιστή της Καναδικής εταιρείας D-Wave, να γίνει για το απλό εταιρικό και καταναλωτικό κοινό διαθέσιμο για προσωπική ή επαγγελματική χρήση.
Η χρήση λοιπόν των κβαντικών υπολογιστών προσφέρει αφ' ενός υψηλές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων και ασφαλείς επικοινωνίες με την κβαντική κρυπτογραφία, αφ' ετέρου όμως συνοδεύεται και από ανεπιθύμητα εμπόδια όπως αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κβαντικών καταχωρητών που δημιουργούν σφάλματα.
Οι κβαντικοί υπολογιστές ανοίγουν ένα νέο πεδίο εξέλιξης και εφαρμογών που έχει να κάνει με τον τρόπο και τα υλικά κατασκευής τους, ώστε να καταστούν προσφιλείς και εύκολοι στην χρήση τους για το ευρύ κοινό, όπως έγινε με την χρήση των προσωπικών κλασσικών υπολογιστών, αποφεύγοντας προβλήματα ευπερθέρμανσης και σφαλμάτων λειτουργίας κατά την διάρκεια χρήσης των κβαντικών υπολογιστών. Στον κλάδο των υπολογιστών με οδηγό την κβαντική φυσική, μελετήθηκαν και αναπτύχθηκαν κβαντικά κυκλώματα, κβαντικές πύλες, κβαντικοί υπολογισμοί, κβαντική κρυπτογραφία. Αυτό οδηγεί όλο και περισσότερους φυσικούς σε ερευνητική ενασχόληση στο αντικείμενο των κβαντικών υπολογιστών. Άλλωστε η έρευνα που γίνεται είναι ιδιαίτερα πληθωρική και το 2012 το βραβείο Νόμπελ κατέληξε στους Serge Haroche (από την Γαλλία) και David J. Wineland (από την Αμερική) οι οποίοι βρήκαν τρόπους για να μετρούν κβαντικά σωματίδια χωρίς να τα καταστρέφουν, κάτι που μέχρι τότε θεωρούταν αδύνατο. Η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία Επιστημών που απένειμε το βραβείο Νόμπελ διατύπωσε την άποψη πως με την δουλειά των βραβευθέντων μπορί να οδηγηθούμε στην ολοκληρωτική κατασευή ενώος νέου είδους υπολογιστή, εξαιρετικά γρήγορου που θα είναι βασισμένος στην κβαντική φυσική και ίσως ο κβαντικός ηλεκτρονικός υπολογιστής να αλλάξει την καθημερινή μας ζωή, τον αιώνα που διανύουμε, με τον ίδιο ριζικό τρόπο που την άλλαξε ο κλασικός ηλεκτρονικός υπολογιστής τον περασμένο αιώνα. Η διπλωματική εργασία αποτυπώνει τα σημαντικά στοιχεία που στοιχειοθετούν σήμερα την δομή των κβαντικών υπολογιστών ξεκινώντας από τις γενικές αρχές, κανόνες και το μαθηματικό πλαίσιο που αποτελούν την κβαντική θεωρία και έπειτα παρουσιάζονται οι δομές, οι τεχνολογίες, τα κυκλώματα, οι πύλες, οι υπολογισμοί, οι αλγόριθμοι και η κρυπτογραφία που έχουν αναπτυχθεί με την ερευνητική αξιοποίηση των κβαντικών υπολογιστών. Το ερώτημα που δημιουργείται είναι αν η υλοποίηση τους θα γίνει άμεσα τα επόμενα χρόνια ή θα πρέπει να περάσει μια ή περισσότερες δεκαετίες προκειμένου αυτό που έλαβε χώρα πριν λίγα χρόνια με την πώληση του πρώτου κβαντικού υπολογιστή της Καναδικής εταιρείας D-Wave, να γίνει για το απλό εταιρικό και καταναλωτικό κοινό διαθέσιμο για προσωπική ή επαγγελματική χρήση.
Ημερομηνία κατάθεσης:
2015-01
Γλώσσες Τεκμηρίου:
Ελληνικά
Θεματικές Κατηγορίες:
Ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Επιστήμη των υπολογιστών
Τεχνολογία της πληροφορίας
Τεχνολογία της πληροφορίας
Λέξεις-κλειδιά:
Κβαντικοί υπολογιστές, κβαντική θεωρία, κβαντική φυσική, κβαντική μηχανική
Περιγραφή:
201 σ.: σχ., πίν.
Άδεια χρήσης:
Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Όχι Παράγωγα Έργα 4.0
